Terre - géologie et géophysique.

Terre - géologie et géophysique. 1 PRÉSENTATION Terre, planète du Système solaire, troisième dans l'ordre des distances par rapport au Soleil. Cinquième planète du Système solaire en termes de taille, la Terre est la seule à posséder de l'eau liquide en abondance, ainsi qu'une atmosphère riche en oxygène. 2 MOUVEMENT DE LA TERRE La distance moyenne de la Terre au Soleil est d'environ 149,6 millions de kilomètres. La Terre et son satellite naturel, la Lune, se déplacent sur une orbite elliptique autour du Soleil. L'excentricité de cette orbite étant faible, la trajectoire est pratiquement circulaire. Une année correspond au temps mis par la Terre pour effectuer un tour complet autour du Soleil, soit environ 365 jours. La Terre tourne autour de son axe de rotation en un jour, soit 23 h 56 min 4,1 s. Un point de l'équateur tourne à une vitesse légèrement supérieure à 1 600 km/h et un point situé à 45° de latitude nord tourne à environ 1 073 km/h. En plus de ces mouvements principaux, il existe d'autres composantes du mouvement de la Terre : la précession des équinoxes (voir écliptique) et la nutation (modification périodique de l'inclinaison de l'axe de la Terre due aux attractions gravitationnelles du Soleil et de la Lune). 3 FORME ET CONSTITUTION DE LA TERRE En raison de la force centrifuge due à la rotation de la Terre, notre planète n'est pas une sphère parfaite. En effet, elle est légèrement aplatie dans la direction des axes polaires : son diamètre équatorial (environ 12 756 km) est supérieur à son diamètre polaire (environ 12 713 km), ce qui correspond à un aplatissement relatif de l'ordre de 1/300. La Terre est entourée par l'atmosphère, enveloppe gazeuse de 1 100 km d'épaisseur. Le relief de la Terre est irrégulier ; son étude est l'objet de la géographie et de la géomorphologie. 70,8 p. 100 de la surface terrestre est recouverte d'eau, sous forme d'océans, de mers intérieures, de lacs, de rivières et d'eaux souterraines. Cette partie superficielle est appelée hydrosphère. Les océans ont une profondeur moyenne de 3 794 m et les plus hauts reliefs terrestres dépassent 8 000 m, la surface des mers représentant le niveau zéro. 4 STRUCTURE INTERNE DE LA TERRE La sismologie, qui étudie la propagation des ondes sismiques, donne de précieux renseignements sur la constitution interne de la Terre. Cette dernière est composée de couches concentriques de constitutions chimiques différentes : la croûte ou écorce, solide, s'étend du niveau zéro jusqu'à 980 km de profondeur ; en dessous, le manteau s'étend jusqu'à 2 900 km de profondeur ; sous le manteau, on trouve le noyau, qui représente le coeur de la Terre. Le manteau et le noyau constituent la majeure partie de la masse terrestre. La croûte. Sa partie supérieure correspond aux continents. Elle a une densité moyenne de 2,7 et est formée de roches éruptives et de roches sédimentaires, dont la composition chimique est proche de celle du granite. La croûte profonde a une densité de 3. Elle est constituée de roches plus denses, les roches basaltiques, qui constituent le fond des bassins océaniques. Le manteau. La densité du manteau augmente avec la profondeur : elle varie de 3,3 à 6. Le manteau est divisé en 2 parties : le manteau externe et le manteau interne. Le manteau externe est solide. Il est séparé de la croûte supérieure par une discontinuité sismique, la discontinuité de Mohorovi?i?, et du manteau interne par l'asthénosphère, zone semi-fluide. Le cisaillement des roches plastiques et en partie fondues de l'asthénosphère, de 100 km d'épaisseur, rend possible la dérive des continents à la surface de la Terre. Le manteau externe est constitué de silicates de fer et de silicates de magnésium, tels que l'olivine. Il est possible que la partie inférieure du manteau externe soit formée d'un mélange d'oxydes de magnésium, de silicium et de fer. Le noyau. Des études sismiques ont montré que le noyau se divise en deux parties : le noyau externe fluide, de 2 225 km d'épaisseur et de densité moyenne égale à 10, et le noyau interne solide, couche concentrique de 1 275 km d'épaisseur. Il semble que ces deux couches soient principalement composées de fer, avec un faible pourcentage de nickel et d'autres éléments. Dans le noyau interne, les températures peuvent atteindre 6 650 °C et la densité moyenne est de 13. 5 FLUX INTERNE DE CHALEUR Une chaleur intense, issue du noyau interne, est émise en permanence vers les différentes couches concentriques qui forment la partie solide de la planète. D'après les scientifiques, la source de cette chaleur est l'énergie libérée par la désintégration radioactive de l'uranium et d'autres éléments radioactifs. Des courants de convection au sein du manteau transfèrent la majeure partie de cette énergie calorifique du noyau de la Terre vers la surface. Ces courants provoquent la dérive des continents. Ces flux de chaleur fournissent des roches chaudes en fusion aux dorsales océaniques (voir océan) et alimentent en lave les volcans terrestres en éruption. 6 ÂGE ET ORIGINE DE LA TERRE Par datation radiométrique, l'âge de la Terre a été estimé à 4,6 milliards d'années (voir méthodes de datation). En effet, les météorites, qui ont la même constitution géologique que le noyau terrestre, datent d'environ 4,6 milliards d'années. On considère que la cristallisation du noyau et des météorites a eu lieu à la même époque, quelque 150 millions d'années après que la Terre et le Système solaire se sont formés (voir Système solaire). Après sa condensation originelle à partir des poussières et des gaz cosmiques et par attraction gravitationnelle, la Terre devait être homogène et relativement froide. Cependant, la contraction continue de ces poussières et de ces gaz, ainsi que les rayonnements radioactifs émis par certains éléments lourds, ont provoqué le réchauffement de la planète. La Terre est ensuite entré en fusion sous l'effet de la gravité. Il y a eu ainsi formation de la croûte, du manteau et du noyau, les silicates plus légers remontant pour former le manteau et la croûte, et les éléments plus lourds, principalement le fer et le nickel, atteignant le centre de la Terre pour constituer le noyau. En raison des éruptions volcaniques, des gaz et des vapeurs légers s'échappaient continuellement du manteau et de la croûte. Certains d'entre eux, en particulier le gaz carbonique et l'azote, ont été retenus par la gravité terrestre et ont constitué l'atmosphère primitive. La vapeur d'eau s'est condensée pour former les premiers océans terrestres. 7 CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE En dehors du rayonnement électromagnétique que la Terre reçoit du Soleil, notre planète possède un champ magnétique, appelé champ géomagnétique, qui est généré par les mouvements de la matière du noyau, essentiellement métallique et fondue. La Terre se comporte ainsi comme un énorme aimant. Vers l'an 1600, le médecin et physicien anglais William Gilbert est le premier à démontrer cette ressemblance. Les effets du magnétisme terrestre ont cependant été exploités bien plus tôt dans les premières boussoles. 7.1 Pôles magnétiques Les pôles magnétiques de la Terre ne correspondent pas à ses pôles géographiques, c'est-à-dire aux pôles Nord et Sud. Le pôle nord magnétique se déplace suivant une trajectoire irrégulière autour de sa position moyenne, située au large de la côte ouest des îles Bathurst, dans le nord du Canada, à plus de 1 000 km au nord-ouest de la baie d'Hudson. Le pôle sud magnétique est situé à l'opposé du pôle nord magnétique, sur le continent Antarctique, en terre Adélie. La position des pôles magnétiques varie légèrement d'année en année. Parmi les modifications du champ magnétique terrestre, on peut citer la variation séculaire, modification de la direction du champ due au déplacement des pôles. Il s'agit d'une variation périodique qui a lieu tous les 960 ans. La position des pôles magnétiques subit également des modifications annuelles, diurnes et journalières moins importantes. Ces déplacements ne peuvent être détectés que par des instruments très sensibles. Par ailleurs, il convient de noter que le pôle nord magnétique indiqué par une boussole (situé dans l'Arctique canadien) est en réalité le pôle sud magnétique de la Terre. Mais par tradition, et parce qu'il est situé au nord géographique, on l'appelle pôle nord magnétique. 7.2 Théorie de la dynamo Les mesures de la variation séculaire montrent que le champ magnétique terrestre a tendance à être dévié vers l'ouest, à une vitesse de 19 à 24 km par an. Le magnétisme terrestre résulte d'un phénomène dynamique plutôt que statique. Le fer ne conserve pas d'aimantation permanente à des températures supérieures à 540 °C et la température au centre de la Terre peut s'élever jusqu'à 6 650 °C. D'après la théorie de la dynamo, le noyau de fer est liquide (sauf au centre de la Terre, où la pression solidifie le noyau), et les courants de convection au sein du noyau liquide se comportent comme les fils conducteurs individuels d'une dynamo, produisant un champ magnétique de grande intensité. Le noyau interne solide tourne plus lentement que le noyau externe, ce qui explique le décalage séculaire vers l'ouest. La surface irrégulière du noyau externe peut expliquer certaines variations irrégulières du champ. 7.3 Intensité du champ L'étude de l'intensité du champ magnétique terrestre est intéressante en ingénierie et pour la prospection géologique des ressources minérales et énergétiques. Les mesures d'intensité sont effectuées avec des instruments appelés magnétomètres. Ils déterminent l'intensité totale du champ et les intensités de ses composantes horizontale et verticale. L'intensité du champ magnétique terrestre varie selon la position de l'observateur sur la Terre. En moyenne, à la surface du globe, l'intensité est de 5×10 -5 T (teslas). 7.4 Paléomagnétisme Le paléomagnétisme est l'étude du magnétisme terrestre au cours des temps géologiques. L'étude des roches volcaniques anciennes montre que, lorsqu'elles se sont refroidies, elles se sont « congelées « avec leurs minéraux orientés dans la direction du champ magnétique de l'époque. Dans le monde entier, l'étude de ces dépôts minéraux montre qu'à travers les temps géologiques, l'orientation du champ magnétique s'est modifiée par rapport aux continents, alors que l'axe de rotation de la Terre n'a pas changé. Par exemple, il y a 500 millions d'années, le pôle nord était au sud de Hawaii et, pendant les 300 millions d'années suivantes, l'équateur magnétique traversait les États-Unis. Pour expliquer ce phénomène, les géologues supposent que différentes parties de la croûte externe de la Terre se sont progressivement décalées dans différentes directions. Si c'était le cas, les zones climatiques seraient demeurées les mêmes, mais les continents auraient lentement dérivé vers différentes « paléolatitudes «. 7.5 Inversions magnétiques Des études récentes du magnétisme rémanent (résiduel) dans les roches et d'anomalies magnétiques au fond des océans ont montré que le champ magnétique terrestre s'est inversé au moins 170 fois au cours des 100 derniers millions d'années. La connaissance de ces inversions, qui peuvent être datées par les isotopes radioactifs présents dans les roches, a eu une grande influence sur les théories concernant la dérive des continents et l'expansion des fonds océaniques. 8 ÉLECTRICITÉ TERRESTRE Il existe trois réseaux électriques générés au sein de la Terre et dans l'atmosphère par des phénomènes géophysiques naturels. L'un est situé dans l'atmosphère, un autre est dans la Terre et circule parallèlement à la surface ; le troisième, qui transfère en permanence une charge électrique entre l'atmosphère et la Terre, circule verticalement. Voir électricité. L'électricité atmosphérique, à l'exception de celle qui est associée aux charges au sein d'un nuage qui donne lieu à la foudre, résulte de l'ionisation de l'atmosphère par le rayonnement solaire et du déplacement de nuages d'ions transportés par les marées atmosphériques. Les marées atmosphériques sont dues à l'attraction gravitationnelle du Soleil et de la Lune sur la Terre (voir gravitation) et, comme les marées océaniques, elles montent et descendent quotidiennement. Près de la surface terrestre, l'ionisation, et par conséquent la conductivité électrique de l'atmosphère, est faible, mais elle augmente rapidement avec l'altitude. Entre 40 et 400 km au-dessus de la Terre, l'ionosphère forme une enveloppe sphérique conductrice. L'enveloppe réfléchit les ondes radio ayant certaines longueurs d'onde, qu'elles proviennent de la Terre ou qu'elles atteignent la Terre à partir de l'espace. L'ionisation de l'atmosphère varie considérablement, non seulement avec l'altitude, mais également avec le moment de la journée et la latitude. 8.1 Courants terrestres Les courants terrestres constituent un réseau mondial de huit boucles de courant électrique, régulièrement distribuées des deux côtés de l'équateur, plus une série de boucles plus petites près des pôles. Bien que l'on ait affirmé que ce réseau est induit par les modifications quotidiennes de l'électricité atmosphérique (et cela pourrait être vrai pour les variations à court terme), il est probable que les origines du réseau soient plus complexes. Le noyau de la Terre, constitué de fer et de nickel en fusion, est susceptible de conduire l'électricité et peut être assimilé à un énorme générateur électrique. On pense que les courants de convection thermiques du noyau déplacent le métal en fusion selon des motifs en boucles. 8.2 La charge de surface de la Terre La surface de la Terre possède une charge électrique négative. Bien que la conductivité de l'air près de la Terre soit faible, l'air n'est pas un isolant parfait et la charge négative s'évacuerait rapidement si elle n'était pas continuellement renouvelée d'une façon ou d'une autre. Chaque fois que des mesures ont été effectuées par beau temps, on a observé un courant positif descendant de l'atmosphère vers la Terre. La charge négative de la Terre en est la cause, car elle attire les ions positifs de l'atmosphère vers la Terre. Bien que l'on ait suggéré que ce courant descendant puisse être compensé par des courants positifs montant des régions polaires, on pense plutôt aujourd'hui que la charge négative est transférée à la Terre au cours des tempêtes, tandis que le flux de courants positifs descendant par beau temps est compensé par un flux inverse de courants positifs provenant des régions de la Terre connaissant un temps orageux. Il a été démontré qu'une charge négative est transférée à la Terre par les nuages d'orage, et la fréquence à laquelle les orages produisent de l'énergie électrique suffit à renouveler la charge de surface. En outre, la fréquence des orages semble être la plus grande au moment où la charge négative de la Terre augmente le plus rapidement. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.